金屬模具表面超硬化處理技術

來源：塑膠五金網發(fā)布時間：2014-05-07 10:39:56點擊率：

　　一、擴散法金屬碳化物覆層技術介紹

　　1、技術簡介

　　擴散法金屬碳化物覆層技術是將工件置于特種介質中，經擴散作用于工件表面形成一層數(shù)微米至數(shù)十微米的金屬碳化物層。

　　該碳化物層具有極高的硬度，HV可達1600~3000(由碳化物種類決定)，此外，該碳化物履層與基體冶金結合，不影響工件表面光潔度，具有極高的耐磨、抗咬合(粘結)、耐蝕等性能，可大幅度提高工模具及機械零件的使用壽命。

　　2、與相關技術的比較

　　通過在工件表面形成超硬化合物膜層的方法，是大幅度提高其耐磨、抗咬合(抗粘結)、耐蝕等性能，從而大幅度提高其使用壽命的有效而經濟的方法。目前，工件表面超硬化處理方法主要有物理氣相沉積(PVD)，化學氣相沉積(CVD)，物理化學氣相沉積(PCVD)，擴散法金屬碳化物履層技術，其中，PVD法具有沉積溫度低，工件變形小的優(yōu)點，但由于膜層與基體的結合力較差，工藝繞鍍性不好，往往難以發(fā)揮超硬化合物膜層的性能優(yōu)勢。CVD法具有膜基結合力好，工藝繞鍍性好等突出優(yōu)點，但對于大量的鋼鐵材料而言，其后續(xù)基體硬化處理比較麻煩，稍有不慎，膜層就易破壞。因此其應用主要集中在硬質合金等材料上。PCVD法沉積溫度低，膜基結合力及工藝繞鍍性均較PVD法有較大改進，但與擴散法相比，膜基結合力仍有較大差距，此外由于PCVD法仍為等離子體成膜，雖然繞鍍性較PVD法有所改善，但無法消除。

　　由擴散法金屬碳化物覆層技術形成的金屬碳化物覆層，與基體形成冶金結合，具有PVD、PCVD無法比擬的膜基結合力，因此該技術真正能夠發(fā)揮超硬膜層的性能優(yōu)勢，此外，該技術不存在繞鍍性問題，后續(xù)基體硬化處理方便，并可多次重復處理，使該技術的適用性更為廣泛。

　　3、技術優(yōu)勢

　　擴散法金屬碳化物覆層技術在日本、歐洲各國、澳大利亞、韓國等國應用廣泛。據調查，許多進口設備上的配套模具大量地使用了該技術，這些模具在進行國產化時，由于缺乏相應的成熟技術，往往使模具壽命低，有些甚至無法國產化。

　　該技術國內七十年代就有人研究過，但由于各方面條件的限制，工藝及設備往往難以經過批量和長期生產的考驗，使該技術中的一些實際存在的問題不易暴露或難以解決，往往半途而廢。我們在十多年的研究與應用的過程中，對該技術存在的工藝、設備上的實際問題進行了深入的研究，并進行了有效的改進，經改進后的工藝及成套設備已能夠滿足長期穩(wěn)定生產的要求，所處理的模具壽命水平達到進口同類模具壽命水平，取得了豐富的各類模具實際應用的生產經驗，為大規(guī)模推廣應用該技術奠定了堅實的技術基礎。

　　4、適用范圍

　　擴散法金屬碳化物覆層技術可以廣泛應用于各類因磨損、咬合而引起失效的工模具或機械零件。其中，因磨損而引起的失效(如沖裁，冷鐓，粉末成型等模具)可提高壽命數(shù)倍至數(shù)十倍;因咬合而引起的產品或模具的拉傷問題(如引伸模，翻邊模等)，可以從根本上予以解決。

　　適用材料：

　　模具鋼，含碳量大于0.3%的結構鋼，鑄鐵，硬質合金。

　　二、不銹鋼焊管模具表面超硬化處理技術

　　不銹鋼焊管是在焊管成型機上，由不銹鋼板經若干道模具碾壓成型并經焊接而成。由于不銹鋼的強度較高，且其結構為面心立方晶格，易形成加工硬化，使焊管成型時：一方面模具要承受較大的摩擦力，使模具容易磨損;另一方面，不銹鋼板料易與模具表面形成粘結(咬合)，使焊管及模具表面形成拉傷。因此，好的不銹鋼成型模具必須具備極高的耐磨和抗粘結(咬合)性能。我們對進口焊管模具的分析表明，該類模具的表面處理都是采用超硬金屬碳化物或氮化物覆層處理。

　　不銹鋼焊管模具材料一般是由高碳高鉻的Cr12MoV(或SRD11，D2，DC53)制成。目前國內普遍采用如下工藝流程制作模具：下料→粗加工→熱處理(高溫淬火加高溫回火)→精加工→氮化→成品(注：為節(jié)省成本，一般生產廠家現(xiàn)在都省去了鍛造與球化退火兩道耗時，費財工序)。由于Cr12MoV類材料屬于高碳高鉻合金鋼，其原始組織存在很大的成份偏析(這種偏析即使一般的鍛造也無法消除)。這樣經過熱處理(高淬高回)的模具內部組織極不均勻，宏觀表現(xiàn)為硬度極不均勻(HRC四十幾至六十左右)，再經氮化處理，模具表面不均勻性無法消除，基體硬度甚至進一步降低，實際使用時，表現(xiàn)為模具及焊管表面均易拉傷，模具壽命低。

　　模具表面超硬化處理技術已成功應用于不銹鋼焊管成型模具上。經該技術處理的模具在其表面形成硬度高達HV3000左右的金屬碳化物層，該碳化物層致密，與基體結合緊密，不影響工件的表面光潔度，具有極高的耐磨，抗咬合性能，可從根本上解決焊管的拉毛問題，減少制管后續(xù)拋光工序的工作量并提高產品質量，大幅度提高模具使用壽命，減少售后服務工作量。實踐表明，該技術具有極高的使用價值。以下是該工藝處理模具與氮化處理模具的有關比較。

　　1、性能：

　　氮化模具本工藝處理模具

　　表面硬度：HV700~1000左右HV3000左右

　　基體硬度：極不均勻HRC58~62HRC40~60

　　2、工藝流程：

　　氮化模具：下料→粗加工→熱處理(高淬高回)→精加工→氮化→成品本工藝處理模具：下料→全部加工到位(無須熱處理)→本工藝處理(基體硬化與表面處理一次完成)。→磨內孔→成品由工藝流程可看出，采用本工藝可縮短模具的加工周期。

　　3、使用效果：

　　本工藝處理的模具較氮化模具可從根本上解決焊管的拉毛，從而減少焊管后續(xù)拋光工序的工作量并提高產品質量(因大量拋光而使管壁減簿)，大幅度提高模具使用壽命，減少售后服務工作量。

　　經本工藝處理的模具有軋輥，沖頭，彩管系列冷作模具，標準件模具，葉蠟石模具，銅鋁型材擠壓模具等，使客戶產生了很高的效益，使模具的性價比得到質的提高。

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